Dokumentation zumEigenbau eines

Tiefenreglers fr CNC-Frsmaschinen

Eine Anregung vonMichael (Mic) Schmidt

Copyright - Mai 2005

Einleitung

Ich will das Ganze hier so kurz wie mglich verfassen um niemanden unntig viel Lesearbeitzuzumuten. Idee ist es, einfach nur denjenigen, die auf der Suche nach einem derartigenTiefenregler sind, Anste zum Selbstbau zu geben. Dabei habe ich mein Vorgehen und dieResultate fotografisch festgehalten und hoffe dass die Aufnahmen viele Erklrungen ersetzen.

Ich warne bereits an dieser Stelle davor, die Erwartungshaltung zu hoch zu schrauben. Ichhabe keinerlei Mazeichnungen oder dergleichen angefertigt, weil ich den Tiefenreglereinfach im Kopf entworfen habe und dabei teilweise auf Materialien und Teilezurckgegriffen habe, die einfach schon vorhanden waren. Vermutlich ist dieseVorgehensweise noch als Sptfolge meiner Kindheit mit Lego und Fischertechnik zu erklren,wo auch immer so drauf los gebaut wurde, wie man es sich gerade ausdachte.

Ich gehe bei weiteren Erklrungen davon aus, dass grundstzliches Wissen ber den Aufbauund die Arbeitsweise von CNC untersttzten Portalfrsmaschinen vorhanden ist.

Warum ein Tiefenregler

Ein Tiefenregler hat die Aufgabe das Werkzeug stets so fhren, dass es mit einer konstantenTiefe in das Werkstck eindringt und darauf verfhrt. Dies ist vor allem bei feinen Gravurensehr wichtig, da kleine Unterschiede in der Materialstrke des Rohlings, oder bei leichterWlbung durch das Aufspannen, zu unterschiedlich breiten Frsbahnen fhren wrde.

Besonders letzterer Fall ist durchaus ein gngiges Problem, da die Platten oft derart dnn undflexibel sind, dass eine konstante Entfernung zum Werkzeug an jeder beliebigen Stelle nichtdurch einfaches Aufspannen erreicht werden kann. Selbst Vakuumtische sind nicht immerausreichend.

Meine Intention, einen solchen Regler zu bauen war der Wunsch Platinen, also das Layout, zufrsen. Platinenmaterial ist oft schon geringfgig verbogen bzw. gewellt, was u.U. auch durchdas Aufspannen nicht ausgeglichen werden kann, oder gar dadurch verstrkt wird. Da eintypischer Platinenfrser eine V-frmige Schneide hat, ist die Breite der Frsbahn unmittelbarvon der Eintauchtiefe abhngig.

Prinzipieller Aufbau und Funktionsweise eines Tiefenreglers

Der Tiefenregler ist nichts anderes als ein Maschinenhalter, der in Richtung der Z-Achse derCNC-Frse beweglich ist. Ein Gleiter setzt dabei auf dem Werkstck auf und tastet somitdie Oberflche ab. Die Z-Achse fhrt also ein wenig tiefer, als sie ohne Tiefenregler fahrenmsste um den Frser im Material zu versenken, damit dieser bewegliche Maschinenhalteretwas Spiel nach oben und unten bekommt. Durch den Gleiter bleibt der Abstand derMaschine und somit des Frsers immer konstant zur Oberflche des Materials.

Erste Schritte

Mein grundstzlicher Ansatz wurde durch die vorhandenen Gegebenheiten meinerFrsmaschine bestimmt. Ich benutze eine kleine Portalfrse mit Schrittmotoransteuerung, dieeinen Verfahrweg von ca. 320x220x40mm zulsst.

Ausschlaggebend war dieKonstruktion der Z-Achse.Bei dieser Frse ist oben undunten an der Linearfhrungeine 10mm starke Alu-Plattemontiert, an der dieBasisplatte mit demMaschinenhalterangeschraubt werden kann.

Diese Basisplatte lsst sichleicht demontieren und daherbeschloss ich, eine neuebzw. weitere herzustellen,um darauf den beweglichenTeil zu montieren.

Zur Verdeutlichung was ich damit meine, sieht manhier besagte Basisplatte mit einem Maschinenhalterfr groe Frsmaschinen (43er Hals).

Die vier gesenkten Bohrungen dienen zurBefestigung an der Z-Achse.

Da ich beim Frsen von Platinen aber nicht die groeFrse nutzen wollte, brauchte ich auf jeden Falleinen Halter fr die kleine Proxxon.

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Ein wesentlicher Bestandteil musste bereits an dieserStelle bercksichtigt werden, das waren die Mini-Linearfhrungen. Die Teile haben die Ausmae50x10x4 mm und haben einen Verfahrweg von ca.24mm. Sie sind kugelgelagert, ziemlich stabil, sehrleichtgngig und trotzdem spielfrei, was ziemlichwichtig ist.

Also entstand eine neue Grundplatte mit den vierBefestigungslchern und den beiden Linearlagern,die natrlich absolut parallel laufen mssen.

Die Bohrungen kann man sinnvoller Weise mit dervermutlich schon vorhandenen CNC-Frse machenum die entsprechende Genauigkeit zu bekommen.

Ich habe als kleines Schmankerl die Fhrungennoch versenkt auf der Platte befestigt, was abernicht unbedingt ntig ist.

Die Grundplatte, wie auch spter andere Alu-Teile,bekam dieses interessante Streifenmuster, weil ichzum Planfrsen nur einen 8mm-Frser hatte. Mankann die Platte logischerweise auch so lassen, wiesie daherkommt, ich wollte aber gezielt dieseOptik erzeugen, zumal die Platte eigentlich strkerwar, als ich sie brauchte und somit ein paar mmweniger nicht schaden konnten.

Der bewegliche Maschinenhalter

Nun musste der eigentliche Halter fr dieMaschine gebaut werden. Diese Konstruktionist an sich ganz schlicht, was hier gut zusehen ist. Allerdings ist dieAufnahmebohrung fr die Maschine nichtganz so einfach herzustellen, da das Bohrlochmit 20mm einfach zu gro ist, um es mitnormalen Bohrmaschinen zu machen.

Hier hilft wieder die CNC-Frse. Ichbrauchte zwar sehr lange, da ich ziemlichviele Durchgnge mit kleinen Zustellungenbentigte, aber das Ergebnis ist dafr sehrgenau. Das Loch habe ich mit feinstemSchmirgelpapier nachbearbeitet und dannnoch poliert, damit die Maschine, deren Halsauch aus Alu (Gu) ist, leichter zu befestigenist.

Vorne ist der Schlitz, (spter kann hinten gegenber ein weiterer hinzu) der es berhaupt erstermglicht, eine Maschine einzuspannen. Dort wo unten auf dem Bild die rechteckigeAusfrsung zu sehen ist, befindet sich eine Imbusschraube M5, die zum Spannen dient. Dieungewhnliche Form der Aufnahme ergab sich aus der Grundform des Alublockes, den ichnoch rumliegen hatte. Die Gewindebohrungen auf der Stirnseite waren schon vorhanden undwerden nicht bentigt. Diese kegelfrmige Wlbung war ebenfalls vorhanden und wurdespter als gleichmig rechteckige Fuge ausgefrst, was aber nicht weiter von Belang ist.

Wie sich im Laufe der Konstruktionherausstellte, konnte der gesamte Halter nurdann zusammengebaut werden, wenn dieLinearfhrungen erst auf dem beweglichenMaschinenhalter montiert wurden, was manhier sieht.

Ich sags ja, mit ordentlichem Planen wredas sofort klar gewesen ;-)

Die beiden Schrauben, die etwa mittig ausder Platte ragen sollen dazu dienen, spterden Schlitten zu arretieren, damit nach demFrsen eines Layouts zum Bohren der gleicheHalter benutzt werden kann.

Um zu sehen, wie sich die Gesamtkonstruktion bis hierher macht und auch leichtgngigfunktioniert, wurden beide Teile testweise miteinander verschraubt. Sieht doch schon ganzpassabel aus. Wie heit es nochdas Auge frst schlielich mit ;-)

Der Gleitkopf

Nun musste ich mir Gedanken zur Konstruktion des Gleiters machen. Wichtig war mir dabei,dass dieser in der Hhe verstellbar sein musste, sonst wre die Frstiefe nur ber dieEinspanntiefe des Frsers in der Maschine festzulegen gewesen und das wre reichlichunpraktisch.

Also bemhte ich wieder meine Kramkiste und fand eine Stahlhlse mit 20mm (s.u.)Auendurchmesser, die vorne spitz zulief und unten bereits eine 4mm Bohrung hatte.Auerdem befanden am oberen Rand einige 3mm Gewindebohrungen. Es stellte sich heraus,dass der Spannkopf einer Proxxon problemlos darin Platz fand und so bentigte ich nur nocheinen Halter, der diese Hlse exakt unter das Bohrfutter der eingespannten Maschine bringtund dafr sorgt, dass sich der Abstand mglichst feinfhlig variieren lsst. Dazu benutzte ichein Stck 20mm starken PVCs, welches von der ueren Form unter den bereits fertigenAluhalter passte.

Auf Dauer werde ich diesen Gleiter aber durch ein Teflonteil ersetzen, da es bessereGleiteigenschaften aufweist. Auerdem wird es dann im Bereich der Auflage geschlitzt,wodurch die Spne besser von der Frsstelle weggebracht werden knnen.

Hier bin ich bei der Herstellungmanuell vorgegangen, da mir beimBauen erst die Feinheiten derKonstruktion eingegeben wurden.

Ich hatte mir in Ermangelung einesTeileapparates schon frher die hierabgebildete Pertinax-Platte gebaut,welche an der Unterseite einmassives Kugellager hat. Dieses istin dem Schraubstock unter derFrse so eingespannt, dass sich diePlatte von Hand darauf drehen lsst.Die Platte habe ich vorher noch mitder CNC-Maschine gelocht unddann teilweise mit Gewindeversehen, so dass sich eine ziemlichgenaue Aufspannmglichkeit ergab.Damit konnte ich das Werkstckunter dem Frser drehen und musstenur noch nach jeder Drehung dieFrse etwas tiefer zustellen.

Auf diese Weise ist sowohl das 20mm Loch fr die Hlse, als auch der halbrunde Bogen ander Vorderseite entstanden, der genau parallel zum Umfang des inneren Loches verluft.Natrlich lsst sich diese Arbeit auch von der Maschine erledigen wrde ich beim nchstenmal wohl auch machen.

Hier noch ein paar Aufnahmen von der Herstellung und dem Ergebnis.

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Die Einstellmechanik

Um die gewnschte Funktion und Bedienbarkeitherzustellen musste diese schrg verlaufende Nut indie Wlbung gefrst werden. Darin wird spter dieSchraube, welche hier in die die Gleithlse gedrehtwurde, gefhrt.

Die Schraube selbst ist noch durch eine ArtAbstandshalter gesteckt, damit sich ein kleiner Hebelergibt, mit dem durch Verdrehen der Gleithlse imHalter die Eintauchtiefe des Frsers bestimmt werdenkann. Ich habe dafr wieder ein Teil aus derKramkiste genommen, welches einseitig gekrpft istund dadurch gut auf dem ueren Bogen gleitet. EineU-Scheibe htte es wohl auch getan.

Zusammengebaut sieht dieses Teildann so aus.

Hier kann man sich sicherlich schongut vorstellen, wie sich dieBewegung am Hebel auf dieStellung der Hlse unten auswirkt.

brigens ist die Hlse unten poliertworden, damit sie mglichst leichtber das Werkstck gleitet.

Nachdem diese Mimik mit dem beweglichen Maschinenhalter verschraubt wurde sieht es soaus:

Der PVC-Block wurde einfach von der Rckseite des Halters festgeschraubt (Natrlichmussten einmal mehr die Linearfhrungen dafr abgeschraubt werden ;-)

Hier sieht man auch die Spannschraube ganz gut und die beiden Arretierschrauben fr dasFestsetzen zum Bohren.

Nun wollte ich eine Mglichkeithaben, das Gewicht der Maschinemittels Federn etwas kompensierenzu knnen. Die fertige Lsung siehtman bereits hier auf dem Bild.

Das Ganze entstand aus einemkleinen Alu-Trger, der an beidenSeiten ein Langloch bekam,welches etwa 2,2 mm breit und 4,2mm lang ist. Dafr bastelte ich auseiner abgesgten M4-Schraube deneigentlichen Federhalter, indem ichsie auf beiden Seiten abfeilte.

Dadurch verkantet die soentstandene Gewindestange in demLangloch und lsst sich durch dieRndelmutter in der Hheverstellen. Durch ein ins untereEnde gebohrte Loch konnte dieFeder gezogen werden.

Auf dem folgenden Bild sieht man detailliert diese Konstruktion. Die kleine Aluhlseunterhalb der Rndelmutter ist lediglich als Abstandshalter eben dafr ntig, da ich denAluhalter nicht nah genug an die Oberkante der Basisplatte schrauben konnte, da sonst dieBefestigungslcher verdeckt worden wren

Nachdem fr die Federn im beweglichen Maschinenhalter an beiden Seiten je ein kleinerGewindebolzen zur Befestigung angebracht wurde, sieht der fertige Tiefenregler nunfolgendermaen aus:

Hier noch mal das komplette Teil und anschlieend auf die Maschine gebaut:

Hier mal das Ergebnis des ersten Platinen-Layout-Frsens. Ist brigens eine Platine fr die3D-Step, die einerseits das Netzteil mit den Unterspannungen 12V und 5V, und darberhinaus zwei Relais fr die Spindel und Khlung beherbergt.

Auerdem habeich noch eineMimik zur diebertemperatur-abschaltung (frdie 3D-Step bisVersion 2.6)eingebaut und dieLEDs undEndschalter-anschlsse daraufuntergebracht.

Soweit diese Anregung. Ich bin fr alle Fragen dazu offen, sendet einfach eine Mail an:mic@micmic.de